锆合金表面镀Cr/TiAlN涂层的抗高温水蒸气氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备了Cr+TiAlN复合涂层。采用多种分析手段研究了涂层在1200℃高温水蒸气环境下的抗氧化性能。利用X射线衍射分析涂层的物相成分;利用扫描电镜观察涂层表面的微观形貌;利用能谱对涂层元素种类与含量进行分析;采用自动划痕仪对涂层的力学性能进行检测。结果表明:多弧离子镀膜层表面均匀平整、致密度大,但存在一定数量的微孔洞及大颗粒。镀有Cr/TiAlN涂层试样的氧化速率远低于原始锆合金的氧化速率,抗高温水蒸气氧化性能优于原始Zr-4合金,且单位面积的氧化增重量仅为原始Zr-4合金的36%。划痕实验结果表明,膜基结合力为26 N,膜基结合性能良好。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的性能研究北大核心CSCD

采用多弧离子镀技术在0Cr15Ni5Cu2Ti钢表层制备TiAlSiN涂层;采用X射线衍射分析膜层的物相成分;利用显微硬度计检测涂层的硬度;利用扫描电镜观察TiAlSiN涂层的形貌;利用能谱仪对涂层表面的组成及含量采取分析;采用自动划痕仪测定涂层结合力;用高温热处理炉对涂层进行高温抗氧化实验。结果表明:基材经多弧离子镀膜,其表面均匀平整、致密度高,但有一定量的微孔洞和大颗粒。镀有TiAlSiN涂层的试样平均硬度达到1971.4HV0.2。镀有TiAlSiN涂层的试样与原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的相比,其氧化速率远低于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的,而高温抗氧化性优于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢。划痕实验结果表明:膜基结合力约10N,此次实验涂层与基材的结合力较低。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的性能研究

采用多弧离子镀技术在0Cr15Ni5Cu2Ti钢表层制备TiAlSiN涂层;采用X射线衍射分析膜层的物相成分;利用显微硬度计检测涂层的硬度;利用扫描电镜观察TiAlSiN涂层的形貌;利用能谱仪对涂层表面的组成及含量采取分析;采用自动划痕仪测定涂层结合力;用高温热处理炉对涂层进行高温抗氧化实验。结果表明:基材经多弧离子镀膜,其表面均匀平整、致密度高,但有一定量的微孔洞和大颗粒。镀有TiAlSiN涂层的试样平均硬度达到1971.4HV_(0.2)。镀有TiAlSiN涂层的试样与原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的相比,其氧化速率远低于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的,而高温抗氧化性优于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢。划痕实验结果表明:膜基结合力约10N,此次实验涂层与基材的结合力较低。     

弧电流对多弧离子镀TiAlN涂层表面形貌和性能的影响

为优化TiAlN涂层的沉积参数,采用多弧离子镀技术在不同弧电流条件下于锆合金表面制备TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、高温热处理炉、划痕仪和X射线衍射仪分析弧电流对TiAlN涂层表面形貌、元素成分、高温抗氧化性、膜基结合力及物相结构的影响。结果表明:随着弧电流的升高,TiAlN涂层表面大颗粒数目逐渐增多,但涂层变得更加致密、孔隙率逐渐降低;弧电流为70 A时所制备的涂层高温抗氧化性能最好;膜基结合力随着弧电流的增加呈现出先增大后减小的趋势,弧电流为60 A时所制备的涂层膜基结合力最大,为32 N;弧电流为50 A时,涂层中物相Ti3AlN在(111)晶面、物相AlN在(100)晶面表现出择优取向。     

电弧喷涂Al,45CT及其复合涂层的抗高温氧化性能与机理

为获得抗氧化性能优良的涂层,采用电弧喷涂方法制备了Al,45CT及其复合涂层,探讨了3种涂层过渡层的形貌、物相及其相应的作用,分析了3种涂层的组织结构、抗氧化性能与机理。结果表明:Al涂层和复合涂层高温氧化后表面氧化膜有剥落现象,涂层中的抗氧化元素Cr含量很低;45CT涂层中的抗氧化元素Cr含量仍然很高,涂层的自我修复能力很强,表面生成的Cr2O3氧化膜具有优异的抗氧化性能;在涂层与基体结合处有一层过渡层,不仅增强了涂层与基体的结合力,还能进一步阻止氧化性气体向基体入侵,起到二次保护作用。     

纯Cr涂层厚度对涂层微观结构及抗高温氧化性能的影响

采用磁控溅射技术,在锆合金表面制备纯Cr金属涂层.探索纯Cr涂层厚度对抗高温氧化性的影响。利用扫描电镜分析涂层表面与截面形貌;采用X射线衍射对涂层进行物相分析;利用划痕仪分析涂层厚度对膜基结合力的影响;研究不同厚度的纯Cr涂层对涂层抗高温氧化性能影响。结果表明:随着涂层增厚,涂层表面孔洞数量呈越少趋势;涂层厚度不会影响涂层的择优取向与晶粒尺寸大小;涂层厚度为5.5μm,涂层的结合力最大;涂层的氧化增重随着涂层增厚,先减小后增加,涂层厚度为5.5μm,氧化增重最小。     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

40Cr钢离子氮化与离子镀TiN复合涂层与苜蓿草粉之间的摩擦学特性

在橡胶轮磨料磨损实验机上考察了40Cr钢基体上离子氮化与离子镀TiN复合涂层在苜蓿草粉软磨料下的摩擦学特性。采用划痕法测定了涂层的结合力,利用XRD分析了涂层的相结构,应用扫描电子显微镜观察分析了涂层磨损表面形貌和磨损机理。结果表明:离子氮化与离子镀TiN复合涂层的膜基结合力和硬度均高于TiN涂层;其对于苜蓿草粉软磨料的耐磨性也高于TiN涂层和渗氮层;离子氮化过渡层能显著提高TiN涂层的膜基结合力并改善薄膜的韧性;涂层能有效限制硬质颗粒对基体的压嵌和切削。涂层在苜蓿草粉软磨料下的磨损机制既包括硬质颗粒磨料条件下的切削磨损,也包括软磨料条件下的多次塑性变形和周期疲劳磨损。涂层硬度和韧性的共增可以提高其对软磨料的耐磨性。     

电弧离子镀AlCrN沉积层初期氧化形貌、组构及反应机制

为了弄清AlCrN涂层在高温环境中的抗氧化机制,采用电弧离子镀技术制备了AlcrN涂层,对真空退火和短时氧化处理后的沉积层采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析和元素成分(EDS)进行了观察和分析.结果表明:真空退火处理的沉积层中CrN相逐渐转变为Cr2N,并释放出N2;在900,1000℃下氧化1～5 h,沉积层中部分Cr2N与O2反应生成Cr2O3,此时涂层的物相以Cr2N和Cr2O3为主,并含少量CrAlN相;氧化至10 h,沉积层表面生成以Cr2O3和Al2O3为主的氧化膜,此氧化膜的生成有利于涂层抗氧化性能的提高.     

NiCoCrAlYHf涂层材料的1200℃高温氧化行为

本文研究了采用精密铸造成型技术制备的NiCoCrAlYHf涂层材料在1200℃高温氧化行为。对于涂层材料试样进行了1200℃循环抗氧化实验,来评价其抗氧化性能,通过扫描电镜分析氧化后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层材料的相结构,通过氧化速率对涂层材料抗氧化性能进行表征。试验结果表明:NiCoCrAlYHf涂层材料在1200℃的循环氧化寿命大于300h;氧化后涂层材料表面形成了氧化膜以Al_2O_3为主,相结构主要由Al_2O_3和Ni_3Al为主。     

316L不锈钢制备FeAl/Al_2O_3防氚层的研究

在316L不锈钢基体上,采用磁控溅射镀铝、热处理、氧离子注入复合工艺制备FeAl/Al2O3防氚层,并利用XRD、SEM、EDS分别对膜层进行了相结构、表面形貌、化学成分等分析。结果表明,磁控溅射制备了质量良好的铝膜,最佳工艺参数为温度170℃,溅射功率1 400 W;热处理生成了含FeAl相的过渡层,并提高了膜基结合力,在700℃,120 min时,膜基结合力达到最大值62.5 N;最终由离子注入生成的Al2O3膜层由α、γ相组成,涂层厚度约360nm,抗热震性能较好,在600℃下该涂层使316L不锈钢的氘渗透率降低3个数量级。     

15-5PH不锈钢表面多弧离子镀高结合性能TiN膜层研究

多弧离子镀方法在15-5PH不锈钢材料表面制备结合力、硬度和致密性高的TiN涂层,提高材料表面硬度和抗高温氧化性能。分析结果显示过渡层成分、预热温度、工作气压及负偏压等主要参数对膜层性能影响明显。得到Ti为过渡层时,预热250℃,气压3.0Pa,600V偏压镀膜工艺参数最佳,制备的膜基结合力高于60N,表面硬度>1200HV0.05,膜层表面大液滴密度尺寸最低。膜层表面显微硬度、膜层沉积速率和膜基结合力随工作气压升高不同程度地先升高后降低。     

CrTiAlN涂层的高温抗氧化性能

为提高M2高速钢的高温抗氧化能力,采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,在M2高速钢基体上制备了CrTiAlN涂层。在500℃、700℃、900℃这三个温度下对试样进行氧化实验。利用SEM观察CrTiAlN涂层氧化前后表面及断面形貌,采用GIXRD和EDS分析涂层的物相组成。结果表明,CrTiAlN涂层在900℃时仍然具有良好的抗氧化性能。     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

单晶合金(NiCoCrAlYHf+AlYSi)复合涂层抗氧化性能研究

本文采用真空电弧镀技术(AIP)在DD9单晶高温合金基体上沉积60μm~80μm复合涂层(NiCoCrAlYHf+AlYSi),分析了复合涂层的组织及结构。对于沉积复合涂层的试样进行了1150℃循环抗氧化实验,来评价其抗氧化性能,通过扫描电镜(SEM)分析氧化前后的试样显微形貌,用X-射线衍射仪分析涂层的相结构,通过氧化速率对涂层抗氧化性能进行表征。试验结果表明:复合涂层明显改善了合金的抗高温氧化性能;1150℃循环氧化条件下,复合涂层寿命大于4200h。     

钼电极表面抗氧化涂层的制备及其性能

ZrO_2具有高温稳定性,可使涂层热膨胀系数有效匹配,鲜见其用于钼基体表面涂层的报道。采用料浆法在钼基体上制备出了ZrO_2-玻璃基抗氧化涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析涂层的物相及显微形貌,采用失重法测试了涂层在900℃高温下的抗氧化性能。结果表明:氧化过程中,涂层中生成了具有抗氧化性的BaSi_4O_9玻璃相物质,涂层表面出现相对致密的颗粒和层片状涂层,有利于抗氧化性能提高;氧化初期,ZrO_2-玻璃基涂层的氧化增重量呈增加趋势,且增重量逐渐减小,在1.5h后开始出现增重量下降的趋势,这是由于ZrO_2-玻璃基涂层中BaSi_4O_9膜的完整性被较高的热应力下产生的热裂纹破坏了,为氧的进入提供了通道,使涂层失重所致。     

多弧离子镀TiAlCrN薄膜的制备及其抗氧化性能研究

为提高模具钢表面性能,延长模具钢使用寿命,采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面制备TiAlCrN薄膜。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等方法研究氮氩流量比对TiAlCrN薄膜的表面形貌、物相组织、硬度、结合力、高温抗氧化性能的影响。研究表明：随着氮氩比的增加,TiAlCrN薄膜表面大颗粒数量先增加后减少,硬度、结合力、高温抗氧化性能先增强后减弱;在氮氩比为8∶2时,TiAlCrN薄膜具有最优性能,氧化前的薄膜硬度达到最大值2 700 HV_{0.5 N},膜基结合力达到最大值26 N,高温抗氧化性能达到最优。     

电弧离子镀制备NiCrAlY涂层及其抗高温氧化性能

为提高高温合金材料抗高温氧化性能,利用真空阴极电弧离子镀在DZ22B高温合金上沉积Ni Cr Al Y涂层,研究涂层的抗高温氧化性能。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,化学容量法测试膜层成分,X射线衍射仪分析涂层的物相组成,万能试验机检测涂层结合力。结果表明:所制备的Ni Cr Al Y涂层厚度约50μm,涂层致密且与基体结合良好;涂层成份除Al元素有所损失外基本与靶材一致。Ni Cr Al Y涂层主要相为γ′-Ni3Al/γ-Ni,同时含有少量的β-Ni Al相。在1050℃高温下,Ni Cr Al Y涂层表面形成致密的氧化铝层有助于减缓氧化速度,对基材起到良好的保护作用;涂层失效的主要方式是随着氧化的进展,氧化层产生裂纹并剥落,新的表面被氧化,剥落和被氧化往复进行,直至涂层失效。     

金刚石涂层基体间结合力的测定

结合力是制约金刚石涂层工具大规模应用的关键因素之一.针对热丝化学气相沉积制备的金刚石薄膜的膜基结合力进行划痕实验,运用划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力.评定结果表明:单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷,声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信.     

EB-PVD制备的CoCrAlY涂层的喷丸强化

使用强度为0.1 N、0.2 N、0.3 N以及0.45 N的喷丸对用EB-PVD制备的CoCrAlY涂层进行表面强化,观察了喷丸强化前后涂层的表面形貌,测量了喷丸前后涂层的表面粗糙度、表面残余应力、涂层的厚度和截面硬度,对比分析了喷丸前后涂层物相变化以及涂层高温氧化性能。结果表明:当喷丸强度为0.2 N时,CoCrAlY涂层的抗高温氧化性能大幅度提高。喷丸强度大于等于0.45 N时涂层出现破损,抗高温氧化性能降低。适当强度的喷丸能降低CoCrAlY涂层表面的粗糙度,提高涂层的致密度,改善物相结构,进而提高其抗高温氧化性能。喷丸强度大于等于0.3 N时CoCrAlY涂层表面出现鳞状突出物,Al氧化物在此处择优生长,Al氧化膜因应力集中而破裂,降低涂层的使用寿命。